Hidrológiai Közlöny 2000 (80. évfolyam)

1. szám - Piésold, D. A. David: Vízerőművek hatásfokának növelése

39 Vízerőművek hatásfokának növelése Piésold, D.A. David Oast Cottage 2 Park Lane Kemsing Sevenoaks Kent TMS 6NUU, England Kivonat: A jelen cikk a Magyar Hidrológiai Társaságban 1999 október 25-én elhangzott előadás rövidített változata Kifejti, hogy a nagy vízhozamot hasznosító erőmüvek hatásfokának már egy százaléknál kisebb javítása is jelentősen túlszárnyalhatja a létesítmény nagyobb beruházási költségét. Egy 45°-os nyomócső kialakítás bizonyult a legkedvezőbb síkbeli hidraulikai elrendezésnek és ezt fogadták el egy tervezés alatt álló vízerőmű számára. Kulcsszavak: vízerőhasznosítás, hatásfok növelés. Az előadás bevezetőjében Caro G. Colin professzor Londoni Tudomány, Műszak- és Orvostudomány Imperial College-ben működő kutatócsoportja fontos eredményeit ismertette, ami szerint koszorúér pótlások (by-pass) síkbeli helyett térbeli görbületű beültetése előnyös hatású A Caro professzor vezette kutatócsoporttal, más kutatókkal és mérnökökkel együttműködve az előadó ezt a felismerést alkalmazta ipari hidraulikai hálózatok vizsgálatára, és megállapította, hogy vízerőművek csavaráramlást előidéző térbeli kialakítása megfelelő körülmények közt jelentősen javítja azok hatásfokát, s más előnyökkel is jár. A sík- és térbeli rendszerek összehasonlítása előtt emlékeztetett arra, hogy a vízerőmüvek teljesítménye a vízhozam és az esés szorzatával arányos. A rendelkezésre álló vízhozam egy folyó adott szelvényében számos természeti tényezőtől, az éghajlattól, csapadéktól, párolgástól és szivárgástól, továbbá az emberi beavatkozásoktól, pl. a vízlépcsőkkel és csatornákkal történő folyószabályozástól, vízkivételektől, környezetvédelmi megfontolásoktól, műszaki, gazdaságossági, pénzügyi szempontoktól, továbbá az első-, másod- és harmadrendű célokra biztosítandó, törvényben előírt vízmennyiségtől fiigg. Ez utóbbiak között szerepel a vízerőhasznosítási célokra biztosított vízhozam. A rendelkezésre álló vízhozamot tehát a természet és a társadalom határozza meg, ezért azt a mérnök csak kis mértékben képes befolyásolni. Az esés, azaz a felvíz és alvíz közötti magasságkülönbség alapvetően a domborzat függvénye, de ezeken a határokon belül az elkerülhetetlen esésveszteséget a mérnök szaktudása jelentősen csökkentheti. A hidraulikai hatásfoknak már kismérvű javítása is lényegesen befolyásolja a vízerőhasznosítás gazdaságosságát és pénzügyi eredményességét. Nagy vízhozamot hasznosító erőművek hatásfokának már 1 %-nál kisebb javítása is jelentősen túlszárnyalhatja a létesítmény nagyobb beruházási költségét A szelvény és gáttípus kiválasztása során tehát törekedni kell a lehető legrövidebb nyomóvezetékekre, a legjobb hatásfokú szívócsövekre, utófenékre, továbbá hidraulikailag "bőkezűen" méretezett előcsatornákra. Kívánatos, hogy az esésveszteség csökkentése és környezetvédelmi követelmények kielégítése érdekében a szelvényben az alvízszint állandó legyen, és árvízhozamok esetén se emelkedjen nagyobb mértékben. Megvizsgálandó végül a Caro-Piésold vízerőműrendszer alkalmazhatósága a hatásfok javítása, és a véges nagyságú megújuló természeti erőforrás előnyeinek maximalizálására. Hagyományos síkbeli rövid vezetékek adódnak a gáttestben, vagy a gát lába közelében kialakított erőmüvek esetén Az alvízszint emelkedése olyan szívócsövekkel csökkenthető, amelyekből a víz örvénymentesen a természetes meder legmélyebb részébe lép ki. Bemutatott három síkbeli, rövid nyomóvezetékes elrendezést: egyet két 90°-os, egyet két 45°-os (vagy ahhoz közeli) iránytöréssel, valamint egyet, amelynél a meredek nyomócső egyetlen iránytöréssel lépett be a turbinába. Az iránytörések szögét, görbületi sugarát és a nyomóvezetékek hosszát minden esetben optimalizálták. A hosszmetszetben bemutatott 45°-os kialakítás bizonyult a legkedvezőbb síkbeli hidraualikai elrendezésnek, s ezt fogadták el egy tervezés alatt álló vízerőmű számára. A javított hatásfokú térbeli elrendezést az ismertetett síkbeli példával történő összehasonlítás céljából dolgozták ki, és azt az előadó három ábrán mutatta be: Hosszmetszeten, amely tartalmazta - A Caro-Piésold szűkítő csatlakozót (CPCC) a nyomócsőbe lépésnél keletkező veszteségek csökkentésére spirálként kialakítva, továbbá a veszteségek csökkentésére bőségesen méretezett gerebeket. Ezek előnyösen illeszkedtek az általános elrendezésbe. - A Caro-Piésold csatlakozót (CPC) megfelelő sugarú és menetemelkedésű spirálcső részeként kialakítva, ami a turbina-generátor egység szempontjából a hidraulikai hatásfokotjavító elrendezés. - A Caro-Piésold bővülő csatlakozót (CPEC), megfelelő sugarú és menetemelkedésű spirálcső részeként kialakítva, amelynél a spirálcső tengelye közelítőleg merőleges a CPC tengelyére. Alaprajzon, amely a nyomócsövek és utófenekek egymásba illesztése révén tömörebb, de valamivel hosszabb - téglalap helyett rombusz alakú - erőművet eredményez. Alvízi nézeten, amelyen a belépő kagyló, továbbá a nyomócső-spirál és a szívócső menetemelkedése látható. A spirálrendszer alkalmazása a teljes gát-erőmű elrendezésben az optimális kialakítást eredményezi, mert az eredő hossz a legrövidebb, az áramlás irányváltozása egyetlen mintegy negyed-spirálra csökken a nyomócső két iránytörése helyett. Ami a szívócsövet illeti, mihelyt a turbinát követően turbulens áramlás alakul ki, a teljes hoszszon egyenletesen bővülő spirálcső ívelt fala a hagyományos kialakításnál kedvezőbb hidraulikai és geometriai viszonyokat biztosít. A kedvezőbb geometria további kiviteli előnyöket és megtakarítást eredményez, amennyiben - csökkenti a erőmű méreteit, - csökkenti az ideiglenes mederelzárás hosszát, és - rövidebb építési időt tesz lehetővé, csökkentve ezáltal az erre eső kamatokat. Ezzel szemben a bonyolultabb geometriájú felületek